Thursday, February 28, 2013

C++类模版详解


有时,有两个或多个类,其功能是相同的,仅仅是数据类型不同,如下面语句声明了一个类:
class Compare_int
{
public :
Compare(int a,int b)
{
x=a;
y=b;
}
int max( )
{
return (x>y)?x:y;
}
int min( )
{
return (x<y)?x:y;}
private :
int x,y;
};
其作用是对两个整数作比较,可以通过调用成员函数max和min得到两个整数中的大者和小者。

如果想对两个浮点数(float型)作比较,需要另外声明一个类:
class Compare_float
{
public :
Compare(float a,float b)
{x=a;y=b;}
float max( )
{return (x>y)?x:y;}
float min( )
{return (x<y)?x:y;}
private :
float x,y;
}
显然这基本上是重复性的工作,应该有办法减少重复的工作。

C++在发展的后期增加了模板(template )的功能,提供了解决这类问题的途径。可以声明一个通用的类模板,它可以有一个或多个虚拟的类型参数,如对以上两个类可以综合写出以下的类模板:
template <class numtype> //声明一个模板,虚拟类型名为numtype
class Compare //类模板名为Compare
{
public :
Compare(numtype a,numtype b)
{x=a;y=b;}
numtype max( )
{return (x>y)?x:y;}
numtype min( )
{return (x<y)?x:y;}
private :
numtype x,y;
};

请将此类模板和前面第一个Compare_int类作一比较,可以看到有两处不同:
  1. 声明类模板时要增加一行
    template <class 类型参数名>
  2. 原有的类型名int换成虚拟类型参数名numtype。
    在建立类对象时,如果将实际类型指定为int型,编译系统就会用int取代所有的numtype,如果指定为float型,就用float取代所有的numtype。这样就能实现“一类多用”。

由于类模板包含类型参数,因此又称为参数化的类。如果说类是对象的抽象,对象是类的实例,则类模板是类的抽象,类是类模板的实例。

利用类模板可以建立含各种数据类型的类。在声明了一个类模板后,怎样使用它?怎样使它变成一个实际的类?
先回顾一下用类来定义对象的方法:
Compare_int cmp1(4,7); // Compare_int是已声明的类
用类模板定义对象的方法与此相似,但是不能直接写成
Compare cmp(4,7); // Compare是类模板名
Compare是类模板名,而不是一个具体的类,类模板体中的类型numtype并不是一个实际的类型,只是一个虚拟的类型,无法用它去定义对象。
必须用实际类型名去取代虚拟的类型,具体的做法是:
Compare <int> cmp(4,7);
即在类模板名之后在尖括号内指定实际的类型名,在进行编译时,编译系统就用int取代类模板中的类型参数numtype,这样就把类模板具体化了,或者说实例化了。这时Compare<int>就相当于前面介绍的Compare_int类。

例9.14是一个完整的例子。
例9.14 声明一个类模板,利用它分别实现两个整数、浮点数和字符的比较,求出大数和小数。
#include <iostream>
using namespace std;
template <class numtype>
//定义类模板
class Compare
{
public :
Compare(numtype a,numtype b)
{x=a;y=b;}
numtype max( )
{return (x>y)?x:y;}
numtype min( )
{return (x<y)?x:y;}
private :
numtype x,y;
};
int main( )
{
Compare<int > cmp1(3,7);//定义对象cmp1,用于两个整数的比较
cout<<cmp1.max( )<<″ is the Maximum of two integer numbers.″<<endl;
cout<<cmp1.min( )<<″ is the Minimum of two integer numbers.″<<endl<<endl;
Compare<float > cmp2(45.78,93.6); //定义对象cmp2,用于两个浮点数的比较
cout<<cmp2.max( )<<″ is the Maximum of two float numbers.″<<endl;
cout<<cmp2.min( )<<″ is the Minimum of two float numbers.″<<endl<<endl;
Compare<char> cmp3(′a′,′A′); //定义对象cmp3,用于两个字符的比较
cout<<cmp3.max( )<<″ is the Maximum of two characters.″<<endl;
cout<<cmp3.min( )<<″ is the Minimum of two characters.″<<endl;
return 0;
}
运行结果如下:
7 is the Maximum of two integers.
3 is the Minimum of two integers.
93.6 is the Maximum of two float numbers.
45.78 is the Minimum of two float numbers.
a is the Maximum of two characters.
A is the Minimum of two characters.

还有一个问题要说明: 上面列出的类模板中的成员函数是在类模板内定义的。如果改为在类模板外定义,不能用一般定义类成员函数的形式:
numtype Compare::max( ) {…} //不能这样定义类模板中的成员函数
而应当写成类模板的形式:
template <class numtype>
numtype Compare<numtype>::max( )
{{return (x>y)?x:y;}

归纳以上的介绍,可以这样声明和使用类模板:
  1. 先写出一个实际的类。由于其语义明确,含义清楚,一般不会出错。
  2. 将此类中准备改变的类型名(如int要改变为float或char)改用一个自己指定的虚拟类型名(如上例中的numtype)。
  3. 在类声明前面加入一行,格式为
    template <class 虚拟类型参数>,如
    template <class numtype> //注意本行末尾无分号
    class Compare
    {…}; //类体
  4. 用类模板定义对象时用以下形式:
    类模板名<实际类型名> 对象名;
    类模板名<实际类型名> 对象名(实参表列);

    Compare<int> cmp;
    Compare<int> cmp(3,7);
  5. 如果在类模板外定义成员函数,应写成类模板形式:
    template <class 虚拟类型参数>
    函数类型 类模板名<虚拟类型参数>::成员函数名(函数形参表列) {…}

关于类模板的几点说明:
  1. 类模板的类型参数可以有一个或多个,每个类型前面都必须加class,如
    template <class T1,class T2>
    class someclass
    {…};
    在定义对象时分别代入实际的类型名,如
    someclass<int,double> obj;
  2. 和使用类一样,使用类模板时要注意其作用域,只能在其有效作用域内用它定义对象。
  3. 模板可以有层次,一个类模板可以作为基类,派生出派生模板类。

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